CN104141024A - 一种生产高纯度纯铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生产高纯度纯铁的方法,按以下步骤进行:用铁氧化物通过直接还原***分层控制还原制取海绵铁;将其加入中频或工频感应炉中进行熔炼,分批加入复合造渣剂;熔化扒渣后加复合造渣剂并通过中频或工频感应炉底部透气砖底吹氩氧混合气体,待钢液温度达到1620℃~1650℃时停止吹混合气体,钢液镇静25~35min扒渣,然后向钢液中刺铝1~2min,同时通过感应炉底部透气砖底吹氩气,继续升温至1640~1680℃停止吹氩,钢液镇静15min后进行水平连铸或底浇注,得到铁大于99.9%低杂质纯铁,其中二十余种元素含量都均小于0.01%,同时还可通过真空精炼或电渣重熔生产更高纯度的纯铁。本发明的方法流程短,设备简单,投资省。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产高纯度纯铁的方法,主要是采用直接还原技术和熔分技术在非真空或真空条件下通过改型的中频/工频炉及水平连铸及底浇注、电渣重熔等生产高纯度纯铁及超高纯铁,属于冶金技术领域。
背景技术
含碳量低于0.04%的铁碳合金称为低碳钢或无碳钢,也称工业纯铁,具有矫顽力低、导热和电磁性能好等优良物理性能。主要包括电磁纯铁和原料纯铁:电磁纯铁是功能性软磁材料,要求电磁性能优良,主要用于电器、电讯、仪表和国防尖端工业制做电磁元件、电磁铁芯等。原料纯铁是一种要求纯净度较高的工业纯金属,是精密合金、非晶态合金(如SiFeB等)、硬磁材料、超低碳不锈钢、高速钢以及粉末冶金的主要原料。
近年来,随着生产设备的不断改进以及通讯、音像、电机工程、自动化设备、汽车、磁分离及生物工程等领域高新技术产业的发展,国内外原料纯铁正向超纯化以及适合磁性材料,特殊钢用途的方向发展。有关资料表明,以铁为基体的硬磁材料中纯铁平均占配料的60%~70%,因此,硬磁材料的快速发展给原料纯铁带来了广阔的市场发展空间,据资料显示,我国硬磁材料的发展每年以30%~40%的速度增长;非晶态合金是电子类产品的配套产品,其生产工艺简单、能耗少且效率高,就电力行业基础材料的发展趋势而言,非晶态合金产品有着良好的发展前景。
国内外一些厂家高纯铁成份如表1,高纯铁产品气体、夹杂物和微量元素含量如表2,美国高纯铁化学成分如表3:
表1 /%(不大于):
表2
/%(不大于):
表3
/%(不大于):
海绵铁,简称DRI(Direct Reduction Iron),是用高品位铁矿、球团矿或铁磷等杂质含量低的氧化铁在固态直接还原生产的冶金产品,不仅可作为废钢代用品,而且由于其化学成分稳定,有害杂质含量少,也是生产优质钢、特种钢、高纯净钢的必不可少的高级原料。
中频/工频感应炉主要具有无接触加热、冷渣和电磁搅拌等优点,与采用电弧炉相比可以避免电极的增碳,保证了产品中较低的含碳量。同时我们在传统中频感应熔炼炉底部增加了底吹氩氧***。从钢包底部进行吹氩搅拌,由于高温的作用,氩气泡急剧膨胀(资料介绍体积膨胀100倍左右)上浮,带动钢液对流,达到搅拌钢水使温度均匀,钢包内钢液成分偏差极小,可以达到精确控制成分的目的,使传统只用于熔化的中频炉成为高纯铁冶炼的重要设备。
水平连铸是钢铁工业生产领域中新发展起来的一种新技术,它与常规的立式和弧形连铸相比有许多优点。由于水平连铸的结晶器成水平布置,钢水在结晶器内的静压力低避免了铸坯鼓肚,水平连铸的中间罐和结晶器之间是密封连接的。采用水平连铸或底浇注都有效地防止了钢液二次氧化,铸坯清洁度高,其夹杂含量低。
电渣重熔冷坩埚熔炼CCM(Cold Crucible Melting)就是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层由金属熔体因坩埚冷却而形成的固体壳层,金属就在这壳层内熔炼,此时坩埚内衬相当于用所熔金属制成,因此又称凝壳熔炼,坩埚内表面与金属熔体不直接接触,避免了坩埚对熔体的污染,超纯铁等纯净金属的制备方法中它占有非常重要的地位,采用此项技术,进一步净化了钢液提高了纯度。
传统高纯铁生产流程如图1所示。通过上述工艺流程简图我们可以发现:传统生产工艺流程冗长,精炼工序繁多,生产高纯度的纯铁需要复杂工艺和设备。
发明内容
本发明的目的为了克服上述现有技术存在的问题,而提供一种生产高纯度纯铁的方法,本发明的方法利用直接还原技术和熔分技术及水平连铸或底浇注、电渣重熔等在非真空条件或真空下生产超纯铁的工艺,本发明的流程短,设备简单,投资省,能够生产出铁大于99.9%低杂质纯铁,其中C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、Al、Cu、Co、Ti、Nb、V、W、Pb、B、As、Ce、La二十余种元素含量都均小于0.01%。
本发明的技术方案为:
一种生产高纯度纯铁的方法,其特征在于按以下步骤进行:
步骤一、首先选用含铁氧化物原料,通过直接还原***进行分层控制还原,制取海绵铁。
步骤二、再将海绵铁加入中频或工频感应炉中进行熔炼,熔化时分批加入复合造渣剂,海绵铁熔化过程就完成降低C、S、P、Si、Mn、Mg、Cr、Al、Ti和V元素含量;
步骤三、熔化扒渣后对钢液中的C、S、P、Si和Mn元素进行深度精处理,加复合造渣剂并通过中频或工频感应炉底部透气砖底吹氩氧混合气体,深度脱C、S、P、Si和Mn元素,待钢液温度到达1620℃~1650时℃停止吹混合气体,钢液镇静25~35min扒渣,扒渣后向钢液中刺铝1~2min,同时通过中频或工频感应炉底部透气砖底吹氩气精脱O、N和H,继续升温至1640~1680℃停止吹氩;
步骤四、钢液镇静15min后进行水平连铸或底浇注,得到铁大于99.9%低杂质纯铁,其中C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、Al、Cu、Co、Ti、Nb、V、W、Pb、B、As、Ce、La二十余种元素含量都均小于0.01%;
在步骤三中,对净化钢液精炼过程中根据产品要求进行真空精炼。
本发明还包括:步骤五、对步骤四所制得的高纯度纯铁再进行电渣重熔处理生产更高纯度的纯铁。
所述的含铁氧化物原料中Ni、Cu、Zn均≤0.01%,C、S、P也均≤0.015%。
步骤一中直接还原温度控制在850~1180℃。
步骤一中同时控制海绵铁的金属化率为85~95%。
所述的复合造渣剂各组成成分按质量百分比计,石灰50~60%,白云石20~30%,含铁氧化物10%~15%,萤石5%~10%,钠盐0%~5%。
步骤三中采用的氩氧混合气体,其中氩气和氧气质量比为0.25~0.75∶1。
步骤四中水平连铸或底浇注时钢液温度控制在1580℃~1680℃。
本发明所述中频或工频感应炉的炉衬采用双层炉衬结构,双层结构能够有效的提高炉衬的寿命,同时内炉衬采用电熔镁砂或铬镁材质制成。
本发明在传统中频/工频感应炉底部增加了底吹氩氧复合气体***,底吹透气砖采用多台阶结构,能够有效避免底吹氩氧复合气体时漏钢等情况发生。从钢包底部进行吹氩氧复合气体,底吹氧能够有效的脱碳、硅、锰等;同时底吹氩气搅拌,在高温的作用下氩气泡急剧膨胀(资料介绍体积膨胀100倍左右)上浮,带动钢液对流,达到搅拌钢液使温度均匀,钢包内钢液成分偏差极小,可以达到精确控制成分的目的,使传统只用于熔化的中频/工频感应炉成为高纯铁冶炼的重要设备。
本发明还采用水平连铸,由于水平连铸的结晶器成水平布置,钢水在结晶器内的静压力低避免了铸坯鼓肚,水平连铸的中间罐和结晶器之间是密封连接的。采用水平连铸或底浇注都有效地防止了钢液二次氧化,铸坯清洁度高,其夹杂含量低。
附图说明
图1为传统高纯铁生产流程图。
图2为本发明的高纯度纯铁生产流程图。
图3为本发明的生产设备示意图。
图3中:1-炉盖;2-扒渣口;3-线圈;4-炉衬外层;5-炉衬内层;6-底浇注口;7-复合底吹透气砖;8-复合底吹管;9-钢液;10-水平连铸水口座砖;11-结晶器;12-压辊。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步的描述。
本发明所使用的生产设备如图3所示,在传统中频或工频感应炉底部增加了底吹氩氧复合气体***也就是在复合底吹透气砖7***复合底吹管8,复合底吹透气砖7采用多台阶结构,能够有效避免底吹氩氧复合气体时漏钢等情况发生。从钢包底部进行吹氩氧复合气体,底吹氧能够有效的脱碳、硅、锰等;同时底吹氩气搅拌,在高温的作用下氩气泡急剧膨胀(资料介绍体积膨胀100倍左右)上浮,带动钢液对流,达到搅拌钢液使温度均匀,钢包内钢液成分偏差极小,可以达到精确控制成分的目的,使传统只用于熔化的中频或工频感应炉成为高纯铁冶炼的重要设备。本发明所述中频或工频感应炉的炉衬采用双层炉衬结构,由炉衬外层4和炉衬内层5组成,双层结构能够有效的提高炉衬的寿命,同时内炉衬采用电熔镁砂或铬镁材质制成。在中频或工频感应炉底下部设有底浇注口6和水平连铸水口座砖10,本发明还采用水平连铸,水平连铸的结晶器11成水平布置,与水平连铸水口座砖10相连,钢水在结晶器11内的静压力低避免了铸坯鼓肚,水平连铸的中间罐和结晶器之间是密封连接的。采用水平连铸或底浇注都有效地防止了钢液二次氧化,铸坯清洁度高,其夹杂含量低。
实施一:
本实例所用的复合造渣剂,各成分按质量百分比计,由石灰60%、白云石20%、Fe3O415%、萤石5%混合而成。
1.采用TFe:72.04%铁精矿粉通过煤基竖炉还原***,还原温度1050~1150℃,还原时间12h~15h生产海绵铁DRI,产品结果:
TFe | 金属化率 | C | S | P | 酸不溶物 |
97.27 | 94.83 | 0.010 | 0.0107 | 0.0045 | 2.18 |
2.将生产的海绵铁球团进行压块,压块密度大于4.0t/m3;
3.将海绵铁压块加入中频感应炉后升温,在压块熔化后温度到达1630℃时连续加入海绵铁压块及部分未压块的海绵铁,同时按加入海绵铁质量的3%分批加入复合造渣剂,全部加完后,炉内原料全部熔化后扒渣;
4.熔化扒渣后对钢液中进行深度精炼处理,精炼过程中加复合造渣剂,按钢液质量的3%分批加入,复合造渣剂全部加完后底吹氩氧混合气体,其中氩气和氧气质量比为0.25∶1,待钢液温度到达1630℃时停止吹混合气体,钢液镇静30min扒渣,扒渣后向钢液中刺铝1min同时底吹氩气,继续升温至1650℃停止底吹氩气,钢液镇静15min后水平连铸出钢,钢液温度控制在1630℃。
产品检测(直读光谱仪分析):
实施二:
本实例所用的复合造渣剂,各成分按质量百分比计,由石灰55%、白云石20%、Fe3O415%、萤石10%混合而成。
1.采用TFe:67.73%铁精矿粉通过煤基竖炉还原***,还原温度1100~1150℃,还原时间12h~18h生产DRI,产品结果:
TFe | 金属化率 | C | S | P | 酸不溶物 |
91.08 | 93.32 | 0.023 | 0.012 | 0.010 | 6.59 |
2.将生产的海绵铁球团进行压块,压块密度大于4.0t/m3;
3.将海绵铁压块加入中频感应炉后升温,在压块熔化后温度到达1650℃以上时连续加入海绵铁压块及部分未压块的海绵铁,同时按加入海绵铁质量的5%分批加入复合造渣剂,全部加完后,炉内原料全部熔化后扒渣;
4.熔化扒渣后对钢液进行深度精炼处理,精炼过程中加复合造渣剂,按钢液质量的8%分批加入,复合造渣剂全部加完后底吹氩氧混合气体,其中氩气和氧气质量比为0.75∶1,待钢液温度到达1650℃时停止吹混合气体,钢液镇静25min扒渣,扒渣后向钢液中刺铝2min同时底吹氩气,继续升温至1680℃同时底吹氩气,钢液镇静15min后底浇注出钢,钢液温度控制在1650℃。
5.利用电渣重熔对部分底浇注料再进行提纯,结果如下:(仅检测C、S)
品名 | 1# | 2# | 3# |
C | 0.0009 | 0.0012 | 0.00095 |
S | 0.0010 | 0.0012 | 0.0011 |
实施三:
本实例所用的复合造渣剂,各成分按质量百分比计,由石灰50%、白云石30%、Fe3O410%、萤石8%、氯化钠2%混合而成。
1.采用TFe:54.71%铁精矿粉通过煤基竖炉还原***,还原温度1100~1150℃,还原时间12h~18h生产DRI,产品结果:
TFe | 金属化率 | C | S | P | 酸不溶物 |
69.46 | 88.57 | 0.042 | 0.013 | 0.0015 | 23.19 |
2.将生产的海绵铁球团进行压块,压块密度大于4.0t/m3;
3.将海绵铁压块加入中频感应炉后升温,在压块熔化后温度到达1620℃时连续加入海绵铁压块及部分未压块的海绵铁,同时按加入海绵铁质量的8%分批加入复合造渣剂,全部加完后,炉内原料全部熔化后扒渣;
4.熔化扒渣后对钢液进行深度精炼处理,精炼过程中加复合造渣剂,按钢液质量的10%分批加入,复合造渣剂全部加完后底吹氩氧混合气体,其中氩气和氧气质量比为0.5∶1,待钢液温度到达1620℃时停止吹混合气体,钢液镇静35min扒渣,扒渣后向钢液中刺铝2min同时底吹氩气,继续升温至1640℃同时底吹氩气,钢液镇静15min后水平连铸出钢,钢液温度控制在1640℃。
产品检测(直读光谱仪分析):
Claims (10)
1.一种生产高纯度纯铁的方法,其特征在于按以下步骤进行:
步骤一、选用含铁氧化物原料,通过直接还原***进行分层控制还原,制取海绵铁;
步骤二、再将海绵铁加入中频或工频感应炉中进行熔炼,熔化时分批加入复合造渣剂;
步骤三、熔化扒渣后对钢液进行深度精处理,加复合造渣剂并通过中频或工频感应炉底部透气砖底吹氩氧混合气体,待钢液温度达到1620℃~1650时℃停止吹混合气体,钢液镇静25~35min扒渣,扒渣后向钢液中刺铝1~2min,同时通过中频或工频感应炉底部透气砖底吹氩气,继续升温至1640~1680℃停止吹氩;
步骤四、钢液镇静15min后进行水平连铸或底浇注,得到铁大于99.9%低杂质纯铁,其中C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、Al、Cu、Co、Ti、Nb、V、W、Pb、B、As、Ce、La二十余种元素含量都均小于0.01%。
2.根据权利要求1所述的一种生产高纯度纯铁的方法,其特征在于:在步骤三中,对净化钢液精炼过程中根据产品要求进行真空精炼。
3.根据权利要求1或2所述的一种生产高纯度纯铁的方法,其特征在于还包括:步骤五、对步骤四所制得的高纯度纯铁再进行电渣重熔处理生产更高纯度的纯铁。
4.根据权利要求1或2所述的一种生产高纯度纯铁的方法,其特征在于:所述的含铁氧化物原料中Ni、Cu、Zn均≤0.01%,C、S、P也均≤0.015%。
5.根据权利要求1或2所述的一种生产高纯度纯铁的方法,其特征在于:步骤一中直接还原温度控制在850~1180℃。
6.根据权利要求1或2所述的一种生产高纯度纯铁的方法,其特征在于:步骤一中同时控制海绵铁的金属化率为85~95%。
7.根据权利要求1或2所述的一种生产高纯度纯铁的方法,其特征在于:所述的复合造渣剂各组成成分按质量百分比计,石灰50~60%,白云石20~30%,含铁氧化物10%~15%,萤石5%~10%,钠盐0%~5%。
8.根据权利要求1或2所述的一种生产高纯度纯铁的方法,其特征在于:步骤三中采用的氩氧混合气体,其中氩气和氧气质量比为0.25~0.75∶1,底吹透气砖采用多台阶结构。
9.根据权利要求1或2所述的一种生产高纯度纯铁的方法,其特征在于:步骤四中水平连铸或底浇注时钢液温度控制在1580℃~1680℃。
10.根据权利要求1或2所述的一种生产高纯度纯铁的方法,其特征在于:所述中频或工频感应炉的炉衬采用双层炉衬,内炉衬采用电熔镁砂或铬镁材质制成。
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